柔性制造系统(FMS)

第一节概述第八章柔性制造系统（FMS）为了适应生产自动化程度的提高，在CNC的基础上逐步发展出柔性自造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）一、FMS的基本概念

具有多个半独立工位和一个物料储存运输系统，由计算机集中管理和控制的制造系统。FMS的组成要素1、标准的数控机床或制造单元

制造单元——具有自动上下料功能和多个工位，包括加工型和装配型的制造单位。2、一个在机床和装卡工位之间运送零件和刀具的传输系统3、一个发布指令，协调机床、工件和刀具传送的总监控系统4、中央刀具库及其管理系统5、自动化仓库及其管理系统二、FMS结构、组成1号2号工厂主计算机中央管理与控制计算机物流控制装置中央刀具库信息传输网络夹具站自动化仓库PSCNCMTRobotPSCNCMTRobot1、中央管理和控制计算机

接收来自工厂主计算机的指令，对整个FMS实行监控2、物流控制装置对自动化仓库、无人输送台车、加工毛坯和成品、加工用的刀具和夹具等实行集中管理和控制3、自动化仓库

对毛坯、半成品或成品等进行自动调用和储存4、无人输送台车行走于机床、自动化仓库、中央刀具库之间的自动化台车5、制造单元

FMS的基本单元，由CNC机床、工业机器人（Robot）、随行工作台（PS）组成，完成多工位加工的制造单位6、中央刀具库

刀具的集中存储区7、夹具站即时实现对夹具的调整与维护8、信息传输网络

FMS的通讯网络系统9、随行工作台（PS）从无人输送台车到制造单元之间传送的缓冲区第二节柔性制造单元（FMC）和分布数控单元（DNC）一、柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）

FMC是FMS发展过程中的一个环节，即可单独工作，也可作为FMS的一个组成部分。

FMC具有独立自动加工功能，部分具有自动传送和监控管理的功能。有的FMC可实现24小时无人运转。1、FMC的构成加工中心+APC(自动托盘交换系统)加工中心+Robot(工业机器人)加工中心+Robot(工业机器人)2、FMC的效益（1）FMC增加了柔性，比单台加工中心可实现多品种配套加工（2）FMC可实现24小时连续运转（3）生产率提高（4）便于实现FMS和CIMS二、分布式数控单元（DistributedNumericalCell）直接数控单元（DirectNumericalCell）群控系统DNC是由CNC机床演变而来，又一台计算机控制多台NC机床DNC计算机154326通讯网DNC接口NC机床1、DNC的特点（1）DNC增加了柔性，可实现非实时数控数据分配（2）采用局域网（LAN）技术组成开放式系统（3）便于与数据采集系统结合（4）便于实现FMS和CIMS2、DNC的应用实例令牌环网式DNC系统——由主计算机系统、令牌环网通信子系统及功能接口等组成。DNC主计算机通信机（主站）通信接口功能接口通信机（从站）通信接口功能接口通信机（从站）通信接口功能接口CNCMTCNCMT介质制备编程机磁盘储存打印记DNC系统组成（1）DNC主计算机系统——车间管理、编程、图像显示等

数控程序的存储、分配、传送和校验自动编制程序、修改和校验零件轮廓、刀具轨迹显示和校验车间管理的事务处理其她数值与非数值运算与工厂上级计算机联网（2）令牌环网通信子系统——环网通信介质、通信机、通信协议（物理层、链路层、网络层、高层协议）（3）功能接口——主站通信功能接口、从站通信功能接口

数据通信功能数据存储功能数据管理功能（计划和调度）无人运转功能主站通信软件高层协议令牌管理模块数据发送模块数据接收模块测试模块从站通信软件高层协议数据发送模块数据接收模块测试模块一、工业机器人的组成控制器1、机械主体2、“肘节”3、“手”4、控制器第三节工业机器人（Robot）（1）多机器人的同步

一般采用分布式总线结构采用多轴联动控制策略采用冗余研究方法，实现机器人的局部控制（2）分布式数据库结构（3）动态调度

容错性整体柔性一、多机器人的控制二、多机器人的通信多采用总线结构，个别机器人故障时系统不致崩溃（1）最小报文延迟时间

不希望有数据缓存（2）保持各数据库数据一致性（3）时钟同步（4）实时数据更新第四节柔性制造系统的特点1、机床利用率较高2、机床数量减少3、工人数量减少，降低工资成本4、在制品压缩5、生产具有柔性6、生产效率提高7、具有自诊断和维持生产的能力8、产品质量提高9、占地面积减少10、加工成本降低第五节柔性制造系统设计一、规划阶段----认识FMS的复杂性FMS设计涉及的技术较多，设计和开发的周期较长，是一项必须由用户和设计承制者共同承担的工程。1、要有用户管理部门的保证，他们对FMS的内容要有所了解2、要建立一支负责机床选型、软件开发、零件编程、工夹具设计、刀具管理和计划调度方面的工程师队伍3、为选择FMS加工的零件和工序，需给予仿真投资4、FMS设计和实现的周期较长，决策者要坚定5、设计和实现的同时要考虑培养技术和管理人员二、初步设计阶段1、选择加工的零件、选择数控机床

能同时加工多个零件故障旁路功能具有柔性具有无人照管能力系统的扩展性确定切削用量确定加工计划2、FMS的总体设计确定精度涉及的问题确定系统的利用率确定机床刀库、中央刀库容量

清洗、排屑确定辅助工序检验

热处理等确定物料输送系统方案物料输送系统由自动化仓库、无人输送台车、工业机器人、随行托盘、传送装置等组成。几种方案：1）有轨式无人输送台车物流系统2）无轨式物流系统——采用导航式无人输送台车三、技术设计阶段

物流系统关键技术刀具传送和管理系统联网技术辅助系统设计

监控和管理系统（1）硬件组成、结构

1、监控和管理系统程序装置监控装置中央处理装置

接口模块（解释程序）系统管理程序模块（控制信息流、人工干预接口）传送模块（接受作业调入和传送功能的命令、反馈状态信息）

调度模块（作业检索、装入、取消和批量再划分）（2）软件组成、结构操作系统支持软件调度模块接口模块系统管理程序模块传送模块2、FMS的物流系统物流系统在FMS的设计中处于十分重要的位置，要保证机床的最大利用率，就要有适配、灵活的物流系统。FMS的物质流包括工件、夹具、刀具及托盘等在系统中的传送。

工件装卸工作站（入库、出库工作站）自动化仓库（货架、堆垛机、导轨等）无人输送台车（台车、控制装置、电缆、充电站）物流系统组成随行工作台（PS）（缓存）中央刀具库刀具检测工作站物流控制管理系统

FMS的物流系统一种方案物流控制管理系统台车控制装置PS控制装置自动化仓库控制装置台车PS自动化仓库入库的处理 库存零件的管理自动化仓库控制出库的处理将零件传送给台车堆垛机运转报警处理接受工件的操作随行工作台的控制缓冲位置的操作传送工件的操作方向控制伺服运转控制输送台车的控制检测控制装卸工件控制安全控制充电控制3、FMS的刀具管理系统刀库系统（刀具、机床刀库、中央刀库）刀具存取工作站（编码、存入、调出）